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1、煤與瓦斯突出機理煤與瓦斯突出機理煤與瓦斯突出機理煤與瓦斯突出機理煤與瓦斯突出機理煤與瓦斯突出機理 煤與瓦斯突出系指煤礦中這樣一種煤體動力現(xiàn)象,即在極短時間內,由煤體向巷道(包括采場)中突然噴出巨量的瓦斯和粉碎的煤,并在煤體中形成某種特殊形狀的空洞,噴出的粉煤被瓦斯流所攜帶運動,并造成一定的動力效應(推倒礦車,巨石,破壞支架等),大突出時粉煤可以充填數(shù)百米巷道,而噴出的瓦斯-粉煤流有時帶有暴風般的性質,逆風流充滿數(shù)千米長的巷道. 因此,煤與瓦斯突出是威脅煤礦安全生產(chǎn)的最嚴重的自然災害.自從1834年法國發(fā)生世界上第一次煤和瓦斯突出以來,40多個產(chǎn)煤國家發(fā)生了突出.我國的瓦斯突出極為
2、嚴重,至今為止,已發(fā)生突出萬次以上.今年1--8月全國發(fā)生較大以上的突出31起,死亡182人,其中有14起發(fā)生在非突出礦井,占45.2%.對云南來說,近年隨著煤炭開采的向地下深部延伸和開發(fā)力度的加大,煤與瓦斯突出也隨之加劇.東源集團的羊場煤礦,田壩煤礦,恩洪煤礦均是突出礦井,恩洪突出還很嚴重.云南在建的最大規(guī)模井工煤礦---白龍山煤礦也已經(jīng)發(fā)生瓦斯突出.因此瓦斯突出災害的嚴重性云南已經(jīng)凸現(xiàn).研究和掌握治理技術已經(jīng)很迫切. 煤與瓦斯突出一般是在工作面放炮或采掘等誘導因素出現(xiàn)后隨即發(fā)生的.這樣的突出稱之為正常突出.還有一種突出是在工作面放炮或采掘等誘導因素出現(xiàn)后延遲一定時間才發(fā)生,稱之
3、為延期突出.延期突出由于延期時間有長有短,難以確定,不好預防.今年羊場曾經(jīng)發(fā)生過一次延期突出.那么,煤與瓦斯突出的機理是如何的呢?討論瓦斯抽放和突出治理的資料很多,但對突出機理進行詳細描述的資料卻很少,因此了解這方面知識對于研究和治理突出顯得很有必要. 人類對煤與瓦斯突出機理的研究已經(jīng)近200年了,對突出機理的假說不下40種,盡管各有差別,但歸納起來有六類,主要的仍然是三大類:瓦斯主導學說;地壓主導學說;綜合作用假說.本文介紹有代表性的幾種假說. (一)瓦斯主導學說 該類學說認為,瓦斯是突出的主要原因和能源,而地壓和煤的物理力學性能則是為突出創(chuàng)造了有力條件.該類學說主要包括以下
4、假說: 1)”瓦斯包”說(前蘇聯(lián)貝可夫提出) 突出的原因在于煤層中存在”瓦斯包”.該瓦斯包中的瓦斯壓力比鄰近區(qū)域要高得多,且包圍”瓦斯包”的煤體透氣性極小,使高壓瓦斯得以保存.當工作面接近這一”瓦斯包”時,高壓瓦斯破壞了煤壁,瓦斯攜帶破碎煤猛烈噴出,發(fā)生瓦斯突出. 2)突出波說(前蘇聯(lián)赫利斯特爾維切提出) 突出是煤層中所含潛能的顯現(xiàn),每噸煤中所含瓦斯的潛能要比煤層儲蓄的彈性變形能大10倍左右.在煤強度低的區(qū)域,煤層中的瓦斯壓力大于煤的極限破壞強度,在采掘工作面接近這些區(qū)域時,在瓦斯壓力作用下,可產(chǎn)生連續(xù)破壞煤體的”突出波”. 3)瓦斯膨脹說 (1)煤層中存在高壓瓦斯含量地
5、帶,吸附瓦斯引起了煤體膨脹,增加了煤層應力,且在這樣的煤層中透氣系數(shù)接近于零.當巷道接近這一區(qū)域時,使應力急劇降低,造成煤的破壞和突出.(前蘇聯(lián)尼靠林提出) (2)突出是由于含有高壓瓦斯的煤層,沒結構不均勻.透氣性低的硬煤包圍著透氣性高的軟煤,當巷道工作面接近硬煤與軟煤邊界時,運動著的高壓瓦斯就可以沖破煤壁夾帶著隨煤而噴出發(fā)生突出(別土哈夫提出). 4)瓦斯水化物說(前蘇聯(lián)學者提出) 在一定溫度和壓力下,空隙煤體中有可能形成瓦斯的水化物CH4.6H2O.當它與水結合時,在一立方米的水中可以含有200立方米的瓦斯.煤層中的瓦斯水化物以不穩(wěn)定的化合物存在,儲存著巨大的潛能,受到采動
6、影響即能迅速分解,形成高壓瓦斯,突破煤體而造成突出. 5)瓦斯運移說(筆者1988年提出) 煤是多孔裂隙物質，其中存在著大小不等的空隙，孔隙之間由若干大小裂隙溝通。游 離瓦斯存在于孔隙之中，而吸附瓦斯存在于煤的表面。在目前開采條件下。97312348: 1)巖石變形潛能說 在地址構造帶儲藏著構造應力,在煤層頂?shù)装宓膸r層中積蓄著強大的彈性能.當巷道接近厚的巖層彈性變形地區(qū)時,圍巖象彈簧一樣地伸張,破碎和粉碎煤體,瓦斯隨之大量涌出發(fā)生突出.瓦斯在突出過程中僅起輔助作用. 2)集中應力說 在回采工作面前方的支撐壓力帶,由于厚的堅硬頂板懸頂突然折斷而引起的附加應力,致使
7、煤體在集中應力的作用下遭受破壞而引起突出. 3)應力疊加說 瓦斯突出是由于地質構造贏利,自重應力,火山與巖漿活動的熱力變形應力,采礦應力和放頂動壓等應力疊加而引起的. (三)能量假說 該假說是在實驗室研究實驗的基礎上提出的.認為:除了重力和瓦斯壓力外,不存在別的激發(fā)突出原因.突出現(xiàn)象可以解釋為煤層狀態(tài)突然改變,以及煤潛能突然釋放所引起的煤層高速破碎.只有在煤突然破碎時,潛能與動能瞬時顯現(xiàn),瓦斯來不及正常排放,并將部分動能傳遞給煤層,突出才會發(fā)生.
